申请日2015.04.21
公开(公告)日2015.08.05
IPC分类号C02F3/34
摘要
利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，涉及治理污染废水的方法，以海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)、交联剂(氯化钙+硼酸)为固定化材料制备固定化小球，将微生物固定化对除雪剂乳酸钙污染废水进行低温降解与吸附;当SA浓度为3%，PVA含量7%，交联剂(氯化钙+硼酸)浓度为(2%+3%)，包埋菌量为10%，当乳酸钙的浓度在100~300ppm范围内，液固比(m:m)为50:1，pH值7.0，温度控制在5~15℃，摇床转数为200r/min，取样时间为6d时，除雪剂乳酸钙污染废水去除率均达到83%以上。本发明采用固定化微生物降解除雪剂，降解后易于固液分离，固定化微生物可以重复使用，方法简单，环境友好，原料费用低廉。
权利要求书
1.利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，其特征在于，所述方法包括真菌培养基Ⅰ、真菌培养基Ⅱ的培养，该方法还包括配制海藻酸钠(SA)溶液，添加PVA，混匀，121 ℃灭菌20 min，当温度降至25~30 ℃时，加入处于生长对数期的黑曲霉菌液，用1 mL无菌注射器向成装有2%(质量百分数)氯化钙的烧杯中挤入小球使其硬化1h，然后将小球用蒸馏水洗涤2~3遍，再将小球放到已配好的3%硼酸溶液中浸泡2~3小时，交联结束后用生理盐水洗2~3次，放至冰箱中保存备用;分别以液固比(m：m，下同)为1:1,2:1,4:1,6:1,8:1,10:1的固定化小球和乳酸钙镁污水50mL于250mL的锥形瓶中，以150r·min-1 的转速在气浴振荡器中震荡培养48h后过滤，滤液用COD测定仪测其CODcr数值，每组实验平行三次，取其平均值即可。
2.根据权利要求1所述的利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，其特征在于，所述真菌培养基Ⅰ：把马铃薯洗净去皮，取 200 克切成小块，加水 1000 毫升， 煮沸半小时后，用纱布过滤，补足水分;在滤液中加入蔗 糖 20 克补足水分至 1000 毫升，分装，灭菌，备用;如果灌制斜面，则加入 2%琼脂;PH 自然。
3.根据权利要求1所述的利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，其特征在于，所述真菌培养基Ⅱ：(g/L)： NH4NO3 1， MgSO4·7H2O 0.2， CaCl2·2H2O 0.01，FeSO4·7H2O 0.01， KH2PO4 0.4，Na2HPO4·12H2O 0.6， MnSO4·H2O 0.02， 葡萄糖 0.5;在 150ml三角瓶中加入 30ml培养液，在压力为 1.01325×105 Pa灭菌 30 min，冷却至室温后，将保存于斜面的黑曲霉菌种接至上述真菌培养基Ⅰ，培养 5~7d后，在无菌室分别对应地转接到真菌培养基Ⅱ样品中。
说明书
一种利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法
技术领域
本发明涉及一种处理污染水的方法，特别是涉及一种利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法。
背景技术
目前，融雪剂使用后带来的问题已经构成社会问题、经济问题、生态安全等重大问题。美国曾发出与此“盐害”作斗争的号召。通常，融雪剂进入地下以后，有可能会对当地的地下水资源造成污染，每到春季，这些施用后的融雪剂将不同程度地影响着种子的发芽和早期生长。因此，采用固定化微生物对其进行低温降解的技术研究十分重要。
生物技术发展至今, 已成为世界各国处理城市污水和有机废水治理的主要手段。微生物固定化技术是微生物发挥高效作用的重要途径，成为当前环境科学与工程研究的热点。尤其在污染环境治理领域中，具有处理能力大、设备自动化程度高、易于调控、经济可行、无二次污染等特点。已报道的固定化方法很多，但目前尚无一种理想的、比较普遍适用的除雪剂施用后其污染废水的治理方法。废水处理中常用微生物固定化方法主要有：包埋法、交联法、载体结合法。通过预实验，比较而言包埋法具有较强的综合优势，且包埋在反应工程中的操作应用也较为灵活。因此，我们的微生物固定化实验最终选择包埋方法。
我国每年因为冬季大量使用除雪剂造成春天农业生态环境受到严重破坏，不仅是行道树、草坪受到破坏，融雪剂使用的废水流入到地下管网水道，其污染给我们的生产和生活都造成严重影响。因此，除雪剂二次污染废水的治理势在必行。
采用固定化微生物对有机融雪剂乳酸钙镁进行低温降解与吸附的去除方法，来源广泛、无二次污染，并使其保持活性能反复使用，具有较强的综合优势，在以往应用中，有引用，如侯学敏，臧淑艳，李盼盼，“黑曲霉对菲共代谢降解的影响”，沈阳化工大学学报，2012,26(2)其中提到，所用菌种黑曲霉来源于中国科学院沈阳应用生态研究所。将该菌种引用于治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，具有积极的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，本方法采用固定化微生物黑曲霉对有机融雪剂乳酸钙镁进行低温降解与吸附的去除方法，筛选、驯化多株高效降解菌;然后将游离的菌株固定在价格便宜、来源广泛、无二次污染的材料中，并使其保持活性，且能反复使用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，所述方法包括真菌培养基Ⅰ、真菌培养基Ⅱ的培养，该方法还包括配制海藻酸钠(SA)溶液，添加PVA，混匀，121 ℃灭菌20 min，当温度降至25~30 ℃时，加入处于生长对数期的黑曲霉菌液，用1 mL无菌注射器向成装有2%(质量百分数)氯化钙的烧杯中挤入小球使其硬化1h，然后将小球用蒸馏水洗涤2~3遍，再将小球放到已配好的3%硼酸溶液中浸泡2~3小时，交联结束后用生理盐水洗2~3次，放至冰箱中保存备用;分别以液固比(m：m，下同)为1:1,2:1,4:1,6:1,8:1,10:1的固定化小球和乳酸钙镁污水50mL于250mL的锥形瓶中，以150r·min-1 的转速在气浴振荡器中震荡培养48h后过滤，滤液用COD测定仪测其CODcr数值，每组实验平行三次，取其平均值即可。
所述的利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，所述真菌培养基Ⅰ：把马铃薯洗净去皮，取 200 克切成小块，加水 1000 毫升， 煮沸半小时后，用纱布过滤，补足水分;在滤液中加入蔗 糖 20 克补足水分至 1000 毫升，分装，灭菌，备用;如果灌制斜面，则加入 2%琼脂;PH 自然。
所述的利用微生物治理有机除雪剂乳酸钙污染废水的方法，所述真菌培养基Ⅱ：(g/L)： NH4NO3 1， MgSO4·7H2O 0.2， CaCl2·2H2O 0.01，FeSO4·7H2O 0.01， KH2PO4 0.4，Na2HPO4·12H2O 0.6， MnSO4·H2O 0.02， 葡萄糖 0.5;在 150ml三角瓶中加入 30ml培养液，在压力为 1.01325×105 Pa灭菌 30 min，冷却至室温后，将保存于斜面的黑曲霉菌种接至上述真菌培养基Ⅰ，培养 5~7d后，在无菌室分别对应地转接到真菌培养基Ⅱ样品中。
本发明的优点与效果是：
1.本发明探索微生物黑曲霉固定化后对低温吸附与降解有机除雪剂复合污染废水的高效治理方法，筛选、驯化多株高效降解菌;然后将游离的菌株固定在价格便宜、来源广泛、无二次污染的材料中，并使其保持活性，且能反复使用。为推动该技术在除雪剂施用后的废水的现场应用提供技术指导。
2.本发明利用微生物黑曲霉固定化治理有机磷农药生产废水具有无二次污染、价格低廉、机械性能好、价格低廉、方法简单、快速等优点。
(1)将游离菌和固定化微生物治理有机除雪剂的效果进行对比实验，寻找最佳微生物固定化工艺，低温高效吸附与降解乳酸钙;
(2)对于固定化产品进行全面的性能测试，在其获得理想的强度、无二次污染和性能稳定等综合性能的基础上，目标不局限于有机除雪剂废水的治理，通用于其它有机污染废水的治理。
(3)开发利用低成本、高性能的原料进行高效降解菌的固定化相关研究，为利用我国低成本资源制取高附加值的产品开辟了应用途径和市场，符合保护环境与资源节约型国家建设，并且解决我国水质性缺水的资源问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明以有机除雪剂乳酸钙镁为研究对象，以海藻酸钠(SA)、聚乙烯醇(PVA)、交联剂(氯化钙+硼酸)为固定化材料制备固定化小球，将微生物固定化对除雪剂乳酸钙污染废水进行低温降解与吸附;
本方法包括两个过程，即固定化微球的制备和运用微球对除雪剂污染废水进行治理：
(1)运用固定化黑曲霉进行低温降解与吸附;
(2)本发明降解技术中，采用固定化微生物降解除雪剂，降解后易于固液分离，固定化微生物可以重复使用，方法简单，环境友好，原料费用低廉;
(3)当SA浓度为3%， PVA含量7%，交联剂(氯化钙+硼酸)浓度为(2%+3%)，包埋菌量为10%，当乳酸钙的浓度在100-300ppm范围内，液固比(m : m)为50:1， pH值7.0，温度控制在5-15°，摇床转数为200r/min，取样时间为6d时，除雪剂乳酸钙污染废水去除率均达到83%以上。
实施例
配制海藻酸钠(SA)溶液，添加PVA，混匀，121 ℃灭菌20 min，当温度降至25~30 ℃时，加入处于生长对数期的黑曲霉菌液，用1 mL无菌注射器向成装有2%(质量百分数)氯化钙的烧杯中挤入小球使其硬化1h，然后将小球用蒸馏水洗涤2~3遍，再将小球放到已配好的3%硼酸溶液中浸泡2~3小时，交联结束后用生理盐水洗2~3次，放至冰箱中保存备用。分别以液固比(m：m，下同)为1:1,2:1,4:1,6:1,8:1,10:1的固定化小球和乳酸钙镁污水50mL于250mL的锥形瓶中，以150r·min-1 的转速在气浴振荡器中震荡培养48h后过滤，滤液用COD测定仪测其CODcr数值，每组实验平行三次，取其平均值。
本方法将优化各种固定化材料的比例，采用最适合以包埋法固定真菌黑曲霉法进行试验，以除雪剂乳酸钙污染废水的低温吸附率与降解率的多少作为衡量指标。
(1)微生物的筛选驯化
采用微生物固定化技术治理除雪剂乳酸钙污染废水时，高效降解菌的筛选是关键。首先运用高浓度的除雪剂乳酸钙污染废水进行驯化，污染物浓度采用梯度式逐渐加大用量，乳酸钙的初始浓度为100ppm;3天后再在该培养基中加入100ppm的除雪剂乳酸钙，当除雪剂乳酸钙的浓度为500ppm时，驯化停止。最后，经过认真鉴定，能够耐受高浓度除雪剂乳酸钙并且能够高效降解这种物质的优势菌种为真菌黑曲霉。
(2)SA-PVA固定化微球制备条件优化
配制SA 溶液，添加PVA，混匀，121 ℃灭菌21 min，当温度降至25~30 ℃时，加入处于生长对数期的黑曲霉菌液，用1 mL无菌注射器向成装有2%氯化钙的烧杯中挤入小球使其硬化1h，然后将小球用蒸馏水洗涤3遍，再将小球放到已配好的3%硼酸溶液中浸泡2~3小时，交联结束后用生理盐水洗2~3次，放至冰箱中保存备用。
为了获得制备固定化微球的最佳条件，采用正交试验对SA 浓度、PVA含量、包埋菌量，交联剂浓度采取优化实验分析。基于预实验已得数据，确定的由各因素不同水平，组成9 组实验方案制备固定化微球，以除雪剂去除率为评价标准进行结果分析。
表1.1 4个固定化因素的正交试验水平及结果。
Table1.1Orthogonal experimental level and results of four immobilized factors
表1.1 给出了各因素不同水平下的均值，计算后得知各因素均以水平1为最佳。再根据表中极差R值可知，各因素主次顺序依次为：交联剂浓度>包埋量>SA浓度>PVA浓度，说明包埋量和交联剂浓度的影响最为显著。
(3)乳酸钙污染废水去除条件的选择本项目采用固定化真菌黑曲霉在低温条件下对乳酸钙进行吸附和降解。分别考察了目标污染物的浓度范围、液固比、酸度、温度、摇床转数和取样时间。实验结果表明： 当乳酸钙的浓度在100~300ppm范围内，液固比(m : m)为50:1， pH值7.0，温度控制在5~15°，摇床转数为200r/min，取样时间6d时，除雪剂乳酸钙污染废水去除率(包括降解和吸附)达到83%以上。
在实际应用时，当污水中的CODcr值在200~10000范围内时，将制得含有黑曲霉的固定化小球其质量按污水质量1~2%的比例投入到废水之中，温度控制在5~15°的低温环境(主要是因为融雪剂在春天低温环境下大量溶解，模拟初春的温度更有实际应用价值)，放入恒温摇床，200r/min， 3~10天后取样测定污染物含量。并且运用该方法固定化后，固定化载体能够达到：
1.提高固定化颗粒的机械强度;
2.能控制固定化细胞颗粒大小、孔隙度和渗透性，颗粒大小均匀;
3.固定化载体对细胞体和目标污染物而言为惰性;
4.载体具备良好的机械强度和化学稳定性;
5.固定化条件和过程尽可能温和。
真菌培养基Ⅰ：把马铃薯洗净去皮，取 200 克切成小块，加水 1000 毫升， 煮沸半小时后，用纱布过滤，补足水分。在滤液中加入蔗 糖 20 克补足水分至 1000 毫升，分装，灭菌，备用。如果 灌制斜面，则加入 2%琼脂。PH 自然。真菌培养基Ⅱ：(g/L)： NH4NO3 1， MgSO4·7H2O 0.2， CaCl2·2H2O 0.01，FeSO4·7H2O 0.01， KH2PO4 0.4，Na2HPO4·12H2O 0.6， MnSO4·H2O 0.02， 葡萄糖 0.5。
在 150ml三角瓶中加入 30ml培养液，在压力为 1.01325×105 Pa灭菌 30 min，冷却至室温后，将保存于斜面的黑曲霉菌种接至上述真菌培养基Ⅰ，培养 5~7d后，在无菌室分别对应地转接到真菌培养基Ⅱ样品中。
配制海藻酸钠(SA)溶液，添加PVA，混匀，121 ℃灭菌20 min，当温度降至25~30 ℃时，加入处于生长对数期的黑曲霉菌液，用1 mL无菌注射器向成装有2%(质量百分数)氯化钙的烧杯中挤入小球使其硬化1h，然后将小球用蒸馏水洗涤2~3遍，再将小球放到已配好的3%硼酸溶液中浸泡2~3小时，交联结束后用生理盐水洗2~3次，放至冰箱中保存备用。分别以液固比(m：m，下同)为1:1,2:1,4:1,6:1,8:1,10:1的固定化小球和乳酸钙镁污水50mL于250mL的锥形瓶中，以150r·min-1 的转速在气浴振荡器中震荡培养48h后过滤，滤液用COD测定仪测其CODcr数值，每组实验平行三次，取其平均值。
